第3章 压力传感器

P1第三章压力传感器的结构、原理与检测汽车传感器P2第一节概述第二节进气压力传感器第三节大气压力传感器第四节制动主缸油压传感器第五节蓄压器压力传感器第六节空气滤清器真空开关第七节机油压力开关P3压力传感器在汽车上应用较广，它的作用是检测气体或液体的压力变化情况，并把检测结果转换成电信号输入给电控单元。第一节概述一、压力传感器的类型1.压力传感器按结构可分为3）电阻-应变效应式：电阻-应变效应是指金属导体的电阻在导体受力产生变形(伸长或缩短)时发生变化的现象。1）电磁式：或称膜盒传动的可变电感式、差动变压器组合式。敏感元件有膜盒、波纹管、U形管等。2）压阻效应式：压阻效应是指当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，其电阻率发生变化的现象。半导体压阻式传感器具有灵敏度高、动态响应好、精度高易于微型化和集成化等特点而应用广泛。P41)电压型：有压阻效应式(或半导体压敏电阻式)压力传感器、和电磁式(膜盒传动的可变电感式)压力传感器。2.按信号产生的原理可分为2)频率性：电容膜盒式压力传感器和表面弹性波式压力传感器。3.按信号产生的应用可分为进气歧管压力传感器：检测歧管压力，间接获取EFI系统流量、EGR控制。大气压力传感器：检测大气压力，空燃比修正。制动主缸压力传感器：检测制动主缸压力，蓄压器压力传感器：检测蓄压器压力，控制空气滤清器真空开关：检测压力差，判断滤清器是否堵塞。机油压力开关：检测发动机有无机油压力。变速器油压力传感器：检测变速器油压，控制换档。轮胎气压传感器：检测轮胎气压是否过高。P51.国际压力计量单位及其标识符号：Pa；kPa；MPa；2.其他常用压力计量单位1）1bar=105Pa2）PSi为英制压力单位，磅力每平方英寸（1bf/in2）1psi=6894.76pa；3）标准大气压1atm=101325pa；4）工程大气压1at(千克力每平方厘米kgf/cm2)1at=98066.5pa5）毫米汞柱(mmHg)，1mmHg=133.322Pa6）毫米水柱(mmH2O)，1mmH2O=9.80665Pa附：压力计量单位及其标识符号P6第二节进气压力传感器一、进气压力传感器的结构、原理进气压力传感器是进气歧管绝对压力传感器的简称。绝对压力：相对于真空的压力。D型EFI系统是利用进气歧管绝对压力和发动机转速来计算吸入气缸的空气量，又称为速度—密度型EFI系统。其作用相当于L型EFI汽油喷射系统中的空气流量传感器。速度—密度方式喷油器进气岐管压力传感器空气滤清器怠速空气阀进气岐管稳压室节气门体P7BOSCH压力型（D型）EFIP8传感器安装：节气门后部的进气歧管上。P9按其信号产生原理可分为电磁式(膜盒传动的差动变压器式)、压阻式、电容式和表面弹性波式等传感器。压阻式传感器采用硅膜片与力敏电阻一体化的扩散型。这种传感器易于批量生产，能够方便地实现微型化、集成化和智能化，因而受到人们普遍重视。其中压阻式和电容式进气压力传感器在当今发动机电子控制系统中应用较为广泛。2.进气压力传感器的种类：测量节气门之后的进气歧管的真空度，来间接的测量进气量。将进气管道中的气体绝对压力转换成电信号，并送ECU，由ECU控制电动喷油器喷油的喷油量。1.进气压力传感器的作用P10（一）电磁式进气压力传感器铁心弹片接进气歧管传感线圈真空膜盒电磁式进气压力传感器结构图1.传感器结构：2)铁心和传感线圈：转换为电量的元件。1)一对真空膜盒（压力计）：检测敏感元件。a)节气门开启状态b)节气门关闭状态P11具有弹性的真空膜盒抽成真空。外部气压变化时，膜盒产生凸出或凹进的现象，通过传动机构，使线圈中铁心的位置发生改变，从而使线圈中穿过的磁通量发生变化，于是线圈变产生出大小不同的感应电动势来，由此即把气压变化的物理量转换成由线圈两端输出的电信号。铁心弹片接进气歧管传感线圈真空膜盒a)节气门开启状态b)节气门关闭状态2.传感器工作原理P12当节气门开启时，进气歧管内气体的绝对压力增加即真空度减小，真空膜盒被压缩，把动铁心往右拉，如图a所示，于是减小了磁轭与动铁心（衔铁）的间隙，使传感线圈中的感应电动势增大。当此信号输出给ECU后，ECU控制喷油器，使燃油的喷射量增加。节气门关闭时，则相反。铁心弹片接进气歧管传感线圈真空膜盒a)节气门开启状态b)节气门关闭状态P13（二）压阻效应式进气压力传感器1)硅膜片：用半导体材料硅制成的，是利用半导体压阻效应的压力转换元件。硅膜片的一面是真空室，另一面是进气歧管压力。硅膜片真空室IC滤清器接线端进气歧管压力1.传感器结构：2)真空室：提供绝对压力基准。3)滤清器：滤除进气杂质，以免膜片受到腐蚀和脏污而。4)IC：集成传感器电路。5)接线端：压阻效应式进气压力传感器结构图P14真空室硅片IC压阻式歧管压力传感器的硅膜片一面通真空室，另一面导入进气歧管压力。在压差作用下，硅膜片就会产生机械应变而产生应力，应变电阻的阻值在膜片应力的作用下就会发生变化，电桥上电阻值的平衡就被打破，从而使电桥输出电压变化。由于该电压值很小，再经过混合集成电路的放大处理后，从ECU的PIM端子提供给微电脑电路。2.传感器工作原理P15说明：发动机电喷系统的汽油喷射，除了受进气压力、发动机转速等主要因素影响外，还必须考虑发动机在冷启动、热车后、满负荷、加速及停车时燃油供给的中断等诸多因素。为此，还设置许多附加或辅助装置，如节气门位置传感器和附加空气阀等。另外，由于压力传感器结构和测量原理的要求，因此压力传感器安装在振动较小的车身处，用一根橡胶管与进气总管相连作为取气管。P16由两片用绝缘垫平行隔开的氧化铝膜片形成电容。在铝片的内表面贴有两片极薄的硅片，分别与一根引线相连。氧化铝膜片与绝缘垫围成的空腔抽成真空提供绝对压力基准。（三）电容膜盒式进气歧管压力传感器1.传感器结构：真空腔通进气歧管氧化铝片硅片引线绝缘垫电容膜盒式进气压力传感器结构图P17氧化铝片和绝缘垫圈构成真空腔的膜盒，该盒装在与进气管相通的容器内。当进气歧管压力发生变化时，极板氧化铝片弯曲变形，极板的间隙发生变化，其电容随之变化，从而获得与压力成正比的电容值信号。把电容式传感器作为谐振电路的一部分，当进气压力发生变化时，谐振频率发生相应的变化，其输出信号的频率与进气压力成正比。其频率大约在80～120Hz内变化。真空腔通进气歧管氧化铝片硅片引线绝缘垫2.传感器工作原理ECU根据信号的频率便可算出进气歧管的绝对压力。利用两个极板之间的电容与极板间的间隙成反比原理。P18检测步骤：1）拔下传感器插头，接通点火开关，测量VCC端子与E2间电压应该为4.5~5.5V。二、进气压力传感器的检测进气压力传感器电子控制单元ECU进气硅片混合IC稳压电源单片机A/D转换进气压力传感器与ECU的连接电路示意图VCCPIME2E1P192）插回插头，拆下传感器上的软管，接通点火开关，测量ECU连接器上PIM与E2端子间的大气压下输出的电压，应符合图示的输出特性。3）对传感器施以13.3~66.7kPa的负压(真空度)，再测ECU连接器上PIM与E2端子之间的电压，应符合表所列值的规律。输出特性输出电压/VmmHgUO压力0.52.43.63.91.206075011220kPa150450100840真空度/mmHg100200300400500PIM/E2电压0.3~0.50.7~0.91.1~1.31.5~1.71.9~2.1P20第三节大气压力传感器大气压力(BARO)传感器一般安装在发动机集中控制电脑ECM/PCM(发动机控制模块/动力系统控制模块)内，电脑通过大气压力传感器测量车辆所处位置的海拔高度以及车辆爬山时的相对海拔高度。并把这种变化转换为输入的信号，输入到电脑内，从而调整点火正时和燃油供给量，使发动机性能得到稳定发挥。大气压传感器测量大气压的范围：10～1100mb（200PSi）大气压分辨率：0.1mbar测量温度范围：-40℃～+85℃INTERSEMA大气压传感器MS5540BP21与歧管绝对压力传感器相似。以本田雅阁轿车为例，主要有硅片和放大电路组成。硅片覆盖着真空室，由发动机ECM向传感器提供5V电源与传感器内部电路搭铁成回路。真空室和大气压之间的压力差引起硅片弯曲变形，传感器产生一个电压信号，经放大电路放大修正后的信号再反馈到ECM。传感器结构图一、大气压力传感器的结构、原理输出特性输出电压/VkPaUO压力0.51.52.02.53.03.51.003451688510017硅片真空室P22以三菱轿车大气压力传感器为例。安装在空气流量传感器内，由惠斯登电桥组成，当海拔变化，输出信号到ECU的16号端子。ECU据此修正喷油量。13和23端子并联以减少接触电阻。接通点火开关：端子23与搭铁间电压应为5V。传感器信号输出端子5输出电压UO应为3.5~4.2V。二、检测方法1）检查搭铁情况端子14与搭铁电阻为02）检测各端子间电压值：3541323161424ECUUO传感器E1E1E25V电源三菱轿车大气压力传感器接线图P23第四节制动主缸油压传感器作用：检测储压器压力，以控制制动系统中油压助力装置中的油液压力，向外发出液压制动油泵接通与断开信号，油压异常时报警信号。半导体应变片基片密封圈传感元件壳体1.传感器结构：由基片、半导体应变片、传感元件及壳体组成。2.传感器工作原理：利用应变片的电阻随形状变化的性质，通过金属膜片检测出压力的变化，并转变成电信号向外输出。P24安装位置：主缸下部。P25第五节蓄压器压力传感器作用：检测牵引力控制系统(TRC)蓄压器油液压力，并将压力信号转换为电信号输入ECU，以控制液压泵的工作。2.传感器工作原理：当油液压力低时，它向ECU输入油压低信号，以便起动油压泵，使之运转；当油液压力高时，它输入ECU的信号使液压泵停止运转。TRC执行器压力开关低压…开关接通高压…开关关断ABS/TRCECUY-G1PRE2BR21.传感器结构：由压力检测部分(半导体压敏元件)、电路部分等组成。3.安装位置：液压控制组件的上方。蓄压器压力传感器接线图P26TCS：英文全称是TractionControlSystem，即牵引力控制系统，又称循迹控制系统。ASR：ASR驱动防滑系统也叫牵引力控制系统，即AccelerationSlipRegulation的缩写。TRC：TRC功能与TCS相同，此种叫法多出现于丰田、雷克萨斯等日系车型上。ATC：功能与TCS相同，自动牵引力控制，又称为牵引力控制。AutomaticTractionControl的缩写。附：有关TRC相关的术语P27电源电压的检查PRE21.检查电源电压1)拆下ABS/TRCECU，连接器仍连着。2)启动发动机，使怠速运转30s，以使TRC执行器油压升高。蓄压器压力传感器检测步骤：TRC执行器压力开关低压…开关接通高压…开关关断ABS/TRCECUY-G1PRE2BR23)发动机熄火，打开点火开关，用万用表测量ECU连接器PR端子与E2端子间电压，应为5V。P28电阻的检查121）拆下压力开关导线连接器，测量压力开关（传感器）连接器端子1与端子2之间的电阻值，应为0Ω。2）接好连接器，起动发动机，使之怠速运转30s，以使TRC执行器压力升高。3）发动机熄火，接通点火开关，测量连接器端子1与2间电阻，应为1.5KΩ若检测不符合上述结果，应更换TRC执行器。2.检查压力开关TRC执行器压力开关低压…开关接通高压…开关关断ABS/TRCECUY-G1PRE2BR2P29第六节空气滤清器真空开关作用：通过测量压力差，来检测空气滤清器是否堵塞，从而判断空气滤清器的工作状况。AB腔之间会产生压力差，利用膜片向负压侧运动使舌簧开关动作。当空气滤清器发生堵塞时，因为B接头处为负压，舌簧开关闭合，使报警灯亮。膜片、磁铁、舌簧开关、弹簧以及A腔、B腔组成。1.结构：2.工作原理：B接头真空开关的结构弹簧B腔A接头A腔膜片磁铁舌簧开关P301.拔下真空开关线束，接通点火开关，电源电压为12V。2.把手动真